Diamanty jsou slibným materiálem pro ukládání dat. Vědci nedávno předvedli nový způsob, jak do diamantu vtěsnat ještě více dat, a to až na úroveň jediného atomu. Nová technika obchází fyzikální omezení tím, že zapisuje data do stejných míst laserovým světlem s různými vlnovými délkami. Podrobnosti přináší magazín New Atlas.
Díky této technologii je teoreticky možné uložit na pět centimetrů velký diamant objem dat odpovídající jedné miliardě Blu-Ray disků. Zajímavostí je, že se data nezapisují přímo do samotného diamantu, ale do malých dusíkových defektů. Tyto defekty mohou pohlcovat světlo, díky čemuž se jim říká „barevná centra“.
Klíčem je použití různých vlnových délek
Optické paměťové technologie obvykle narážejí na limit ve velikosti datových bodů, které je možné na médium zapisovat. Důvodem je daný minimální průměr, na který lze zaostřit laserový paprsek. Tento limit se označuje jako difrakční limit a je závislý na vlnové délce použitého světla.
Co je difrakční limit?
Difrakční limit je fyzikální omezení, které určuje nejmenší možnou velikost bodu, na který lze zaostřit světelný paprsek (například laser). Tento limit je závislý na vlnové délce světla a tvaru zaostřovacího systému. V praxi to znamená, že existuje minimální velikost, do které lze opticky zapisovat data. Difrakční limit je klíčovým faktorem při navrhování a využívání optických zařízení, jako jsou optická datová úložiště.
Spoluautor studie Tom Delord vysvětluje, že při optickém zápisu dat existuje omezení rozlišení způsobené difrakčním limitem. Ten znemožňuje zápis s vyšším rozlišením, protože by to mohlo ovlivnit již zapsaná data. Optické paměti proto zvyšují kapacitu ukládání dat zkracováním vlnové délky použitého světla (posunem k modrému spektru), což je princip, na kterém je založena technologie Blu-ray.
Vědci z City University of New York (CUNY) objevili způsob, jak obejít difrakční limit při zápisu dat. Klíčem je použití různých vlnových délek světla pro zápis dat do barevných center, která jsou k sobě umístěna blíže než umožňuje difrakční limit. Například místo uložení dvou bodů vedle sebe se střídáním zelené, červené a modré dá teoreticky ukládat na jedno místo trojnásobné množství dat.
21 GB na čtvereční palec
„Pomocí úzkopásmového laseru a kryogenních podmínek jsme velmi přesně řídili elektrický náboj barevných center,“ vysvětlil Delord. „Tento nový přístup nám v podstatě umožnil zapisovat a číst data na mnohem jemnější úrovni, než bylo dříve možné, až na úroveň jednoho atomu.“
V testech vědci prokázali, že tato technika dokáže vložit do stejného místa 12 různých obrazů s různou frekvencí a dosáhnout hustoty dat 21 GB na čtvereční palec (6,4 cm²). Pro srovnání: tolik dat pojme standardní jednovrstvý disk Blu-Ray po celé své ploše. Jako bonus je tato technika reverzibilní, což znamená, že data lze zapisovat, mazat a přepisovat podle potřeby.
Vědecký tým uvádí, že s dalším výzkumem by mohlo být možné tuto techniku aplikovat i na jiné materiály a potenciálně by mohla fungovat za pokojové teploty, namísto v kryogenních podmínkách. To by otevřelo cestu pro širší použití a praktičtější využití této pokročilé metody ukládání dat.
Výsledky vědeckého bádání byly 4. prosince 2023 publikovány v odborném časopise Nature Nanotechnology. Tato publikace je uznávaným zdrojem vědeckých informací, zejména v oblasti nanotechnologií a příbuzných disciplínách.